智能变电站技术在上海电网的应用分析

马 骏，陈文升

（1.上海市电力公司，上海 200122；2.上海电力设计院有限公司，上海 200025）

为了促进经济社会可持续发展，国家电网公司积极推进坚强智能电网建设。智能变电站是智能电网的核心内容之一，从技术层面上来讲，智能变电站也是未来智能电网的基础节点，是智能电网技术体系中非常重要的分支。因此，智能变电站代表了今后10～20年变电站技术的发展趋势，也是从事变电站建设和设计的主导方向［1］。

1 智能变电站技术在上海电网的应用回顾

“十五”末期，上海市电力公司完成了科技项目“数字化变电站应用前期研究”的研究工作，针对数字化变电站理论体系、基于IEC 61850标准的变电站通信网络、数字化一次设备、二次智能装置、数字化变电站的整体设计方案等关键技术进行了系统性的研究，奠定了智能变电站在上海电网应用的理论基础。

“十一五”期间，上海市电力公司又陆续开展了“全光纤电流互感器技术的研究”、“IEC 61850标准研究”、“节能型数字化蒙自地下变电站示范应用研究”等工作，针对智能变电站技术应用于电力工程实践的关键问题进行了探索。

上海电网从2005年开始应用智能变电站技术，考虑到今后技术应用的发展趋势，在500kV南桥变电站监控系统改造工程中，较早采用了基于IEC 61850标准的监控系统，同时也有效验证了面向通用对象的变电站事件（GOOSE）机制的应用，有助于推进变电站自动化的实时性和快速性［2］。

在2007年建设的220kV拜耳变电站工程中，站控层和间隔层的设备，包括自动化和继电保护装置等，均基于IEC 61850建模并通信，较早和完整地建成了基于IEC 61850的二次系统。而2010年投运的500kV练塘变电站，是上海电网首座二次系统内全面应用IEC 61850的500kV变电站。

2009年投运的110kV封周变电站是上海电网第一座全数字化变电站，全站设备采用三层（间隔层、过程层和一次设备层）两网的结构，按照IEC 61850通信并建模。封周变电站在国内首次将光纤电子式电流互感器（OFECT）应用于SF6气体绝缘组合电器（GIS）设备，过程层功能下放，形成了数字化开关电气设备的雏形，具备了数字化变电站的基本特征，也代表了当时国内数字化变电站建设的水平［3］。

2009年底投运的110kV蒙自变电站（位于世博园区）不仅采用了数字化变电站技术，还采用了许多符合节能环保和智能电网概念的新技术和新设备，如建筑一体化光伏发电技术（BIPV）［4］；在国内率先采用了冰蓄冷系统、地源热泵系统、吸附式空调系统联合运行的空调系统［5］；采用了芯片集成大功率白光LED灯具［5］；采用了先进的静止无功发生器SVG＋＋设备［6］。因此，110kV蒙自变电站具备了智能变电站先进、可靠、集成、低碳和环保的诸多特征，更加符合智能电网的要求。

2 泸定智能变电站的技术特点

1983年建成的220kV泸定变电站位于上海北新泾地区，站内设备均已老化，根据国家电网公司智能变电站建设试点方案，上海市电力公司立项拆除原有配电装置，在原址新建220kV泸定智能变电站。

泸定智能变电站技术主要依据Q／GDW 383—2009《智能变电站技术导则》、Q／GDW 393—2009《110（66）kV—220kV智能变电站设计规范》、Q／GDW 441—2010《智能变电站继电保护技术规范》。泸定智能变电站技术方案于2010年7月通过国家电网公司组织的专家评审，目前正在施工调试，预计2011年下半年投运。

泸定智能变电站在国家电网公司相关技术原则的指导下，力求可靠和先进，不仅代表了上海电网智能变电站的建设和技术水平，也为今后上海电网智能变电站的建设提供了经验。

2.1 一体化信息平台及应用功能

泸定智能变电站站控层采用一体化设计，核心是信息一体化平台。信息一体化平台基于统一的标准化建模的数据库，采用跨平台技术、通信驱动管理等新技术，构建集保护信号、测控信号、状态监测、录波数据、网络通信、计量、直流辅助系统、环境监测、视频、安防、环境参量数据于一体的变电站全景数据平台，分为实时子系统和非实时子系统，如图1所示。

图1 站内一体化信息平台结构示意

在全景数据平台的基础上，实现面向智能变电站的智能告警及故障综合分析决策、全站一键式顺控、一次设备状态诊断、负荷优化控制管理等高级应用。

2.2 智能一次设备

泸定智能变电站一次设备采用智能化设计，按照间隔配置智能组件设备，智能组件包括合并单元、在线检测数据单元、智能终端等，实现一次设备控制、在线检测数据、测量等功能的就地智能化处理。全站应用电子式互感器，主变各侧和110kV电压等级采用光学电流互感器（OCT），35kV各间隔采用小模拟量输出的一体化电子式互感器（ECVT），母线和220kV线路采用分压原理的电子式电压互感器（EPT）。

泸定智能变电站配置在线检测设备和相关智能组件，主要检测范围为主变，220kV GIS，110kV GIS，避雷器等，在线检测数据通过就地的智能组件（在线检测数据单元）上送到一体化信息平台进行分析、处理，在线监测设备的配置如表1所示。

表1 在线监测设备的配置

2.3 全数字化的二次系统

泸定智能变电站二次系统采用开放式三层分布式系统，由站控层、间隔层和过程层构成。站控层网络冗余配置；间隔层网络根据设备配置，站控层和间隔层采用星形网络；过程层网络分为采样值网和面向通用对象的变电站事件（GOOSE）网，相互独立，主变回路过程层网络采用冗余配置，110kV过程层网络单套配置，35kV过程层采用点对点方式，网络结构如图2所示。

图2 主变220kV侧间隔、过程层设备配置及网络结构

泸定智能变电站按照变电站无人值班相关要求进行设计，变电站自动化系统应实现全站的防误操作闭锁功能。主变回路测控功能和保护功能由相互独立的装置实现；110kV采用测控、保护合一装置；35kV采用测控、保护、合并单元、智能终端合一装置。保护装置满足Q／GDW 383—2009的技术要求，采用“直采直跳”的“点对点”方式和合并单元（MU）、智能终端进行采样值和跳合闸命令的信息交互，采样值报文采用IEC 61850－9－2格式。

保护故障信息子站设备由计算机监控系统集成；电能表采用支持DL／T 860标准的数字式电能表；采用集中式故障录波，电压、电流、保护动作信号等从采样值网和GOOSE网获取。全站配置公用的时间同步系统，站控层采用简单网络时间协议（SNTP）对时，间隔层和过程层采用IRIG－B格式时间码（422电平）点对点对时和同步。

2.4 智能辅助设备

泸定智能变电站采用一体化电源并实现其智能控制，由站用交流配电屏、直流电源（含通信－48V电源）、交流不间断电源集成为一个系统，统一设计、监控、生产、调试、服务，通过网络通信、设计优化、系统联动方法，实现站用电源安全化、网络智能化设计，力争效益最大化目标。智能变电站辅助系统实现了辅助子系统的通信与综合分析决策，能实现客户自定义的设备联动，包括现场设备操作联动、遥视技防、火灾消防、门禁、SF6监测、环境监测、报警等相关设备联动，满足适应无人值班的要求。

实现通风与空调设备、给排水设施的智能化控制，如图3所示。

图3 数字视频及智能联动功能示意

3 建议

上海是个国际大都市，为了构建坚强智能电网，顺应智能变电站技术的发展趋势，在技术研究上要适度超前，在具体实施上要稳妥可靠。通过对智能变电站技术的前期研究和示范工程的建设，提出以下建议。

1）电子式互感器原理先进，但是根据各地的试点情况，相比常规互感器经济性不占优势，而且设备可靠性有待进一步检验，所以建议智能变电站仍以常规互感器为主。

2）一次设备建议采用“本体＋传感器＋智能组件”形式，智能组件包括智能终端、合并单元、状态监测IED等；当合并单元、智能终端布置于同一控制柜内时，可进行整合。建议减少刀闸辅助接点和辅助继电器数量；设备具备优化条件时，断路器操作箱控制回路可与本体分合闸控制回路一体化融合设计，取消冗余二次回路。

3）220kV保护、测控、计量、合并单元、智能终端、过程层交换机，建议就地布置。110kV建议采用优化方案，简化间隔层设备的配置，采用多功能集成、就地安装的保护测控合一装置，并由该设备完成过程层功能，取消过程层设备，间隔层设备布置在GIS汇控柜或就地智能控制柜内。

4）建议对二次设备的功能尽量整合，变电站可不独立配置故障信息管理系统子站装置，其功能由监控主机实现；故障录波及网络分析记录功能采用一套设备完成，故障录波建议采用优化配置，按照双重化要求配置两套，不同电压等级可以接入同一装置；低周减载、低压减载建议由线路保护测控多功能合一装置实现；35kV和10kV电压等级建议不配置电能表，采用保护、测控、计量多功能合一装置；可尝试采用合并单元、智能终端合一设备；GOOSE和危及安全（SV）信息，建议尝试采用共网方案传输。

5）受控站无人值班，建议站内配置计算机监控系统（Ⅰ区和Ⅱ区实时系统）、在线监测及辅助设备监控系统（Ⅲ区和Ⅳ区非实时系统）即可，鉴于变电站内无人值班，建议在控制中心实现一体化信息平台。

［1］陈文升，钱唯克，楼晓东.智能变电站实现方案研究及应用展望［J］.华东电力，2010，38（10）：1570－1574.

［2］高 翔，等.IEC 61850标准在南桥变电站监控系统中应用［J］.电力系统自动化，2006，30（16）：105－107.

［3］陈文升，等.数字化变电站关键技术研究与工程实现［J］.华东电力，2009，37（1）：124－128.

［4］龚春景，邬斌弢，徐 萍.建筑一体化光伏发电系统（BIPV）在110kV蒙自变电站中的应用［J］.华东电力，2010，38（4）：0523－0525.

［5］黄 磊，邬振武，穆 松.蒙自站空调系统运行经济性分析［J］.华东电力，2010，38（4）：0513－0516.

［6］孙 燕，徐 萍.芯片集成大功率白光LED在变电站中的运用［J］.华东电力，2010，38（4）：0525－0529.

［7］庄文柳.静止无功发生器在智能变电站中的应用［J］.供用电，2010，28（增刊）：57－60.